C语言-函数栈帧

本文最后更新于：1 年前

栈帧概念

当发生函数调用时，会将函数运行需要的信息全部压入栈中，这常常被称为栈帧（Stack Frame）或 活动记录（Activate Record），一般包括一下几个方面内容：

  1. 函数的返回地址，也就是函数执行完成后从哪里开始继续执行后面的代码。

  2. 参数和局部变量。（有些编译器，或者编译器在开启优化选项的情况下，会通过寄存器来传递参数，而不是将参数压入栈中）

  3. 编译器自动生成的临时数据。

    a. 当函数返回值的长度较大（比如占用40个字节）时，会先将返回值压入栈中，然后再交给函数调用者。

  4. b. 当返回值的长度较小（char、int、long 等）时，不会被压入栈中，而是先将返回值放入寄存器，再传递给函数调用者。

  5. 一些需要保存的寄存器，为了在函数退出时能够恢复到函数调用之前的场景，继续执行上层函数。

调用惯例

  1. 函数参数的传递方式，是通过栈传递还是通过寄存器传递

  2. 函数参数的传递顺序，是从左到右入栈还是从右到左入栈。

  3. 参数弹出方式。函数调用结束后需要将压入栈中的参数全部弹出，以使得栈在函数调用前后保持一致。这个弹出的工作可以由调用方来完成，也可以由被调用方来完成。

  4. 函数名修饰方式。函数名在编译时会被修改，调用惯例可以决定如何修改函数名

在函数声明处是为调用方指定调用惯例，

而在函数定义处是为被调用方（也就是函数本身）指定调用惯例。

调用惯例 参数传递方式 参数出栈方式 名字修饰
cdecl 按照从右到左的顺序入栈 调用方 下划线+函数名， 如函数 max() 的修饰名为 _max
stdcall 按照从右到左的顺序入栈 函数本身 （被调用方） 下划线+函数名+@+参数的字节数， 如函数 int max(int m, int n) 的修饰名为 max@8
fastcall 将部分参数放入寄存器， 剩下的参数按照从右到左的顺序入栈 函数本身 （被调用方） @+函数名+@+参数的字节数
pascal 按照从左到右的顺序入栈 函数本身 （被调用方） 较复杂

示例一

1
2
3
4
5
6
7
void func(int a, int b){
	int p =12, q = 345;
}
int main(){
	func(90, 26);
	return 0;
}

函数使用默认的调用惯例 cdecl，即参数从右到左入栈，由调用方负责将参数出栈

函数进栈出栈过程：

  • 第一个变量和 old ebp 之间有4个字节的空白，变量之间也有若干字节的空白。

    因为Debug模式下方便加入调试信息，Release模式下会优化

  • 为局部变量分配内存时，仅仅是将 esp 的值减去一个整数，预留出足够的空白内存。因此未初始化的局部变量值是垃圾值

示例二

从133~139行我们可以看到main函数栈帧的形成过程（入栈操作）：

1） push %rbp 将上一级函数栈帧的栈底指针压栈

2） mov %rsp, %rbp 将BP指针指向SP，因为上一级函数的栈顶指针是下一级函数的栈底指针，证明栈帧是依次向下增长的

3） sub $0x10, %rsp SP栈顶指针向下位移16个字节，即创建main函数栈帧。这个地方为什么是16个字节呢？是因为上一级函数栈底指针和当前函数返回时下一条指令地址各占4个字节，m和n两个整形变量各占4个字节，加起来就是16个字节。

4） movl $0x8, -0x4(%rbp) 将变量m压栈

5） movl $0x6, -0x8(%rbp) 将变量n压栈

6） mov -0x8(%rbp), %edx 将m变量值加载到edx寄存器

mov -0x4(%rbp), %eax 将n变量值加载到eax寄存器

mov %edx, %esi

mov %eax, %edi

7）callq 4004c4 调用callq指令跳转到func函数段，同时压栈EIP+4，即返回func函数时下一条可执行指令的地址

从func函数的反汇编代码可以看到，0x4004c4地址就是func函数开始处，和前面的callq对应。在进入func函数段之后，就是func函数压栈的动作，基本顺序和前面的main函数压栈过程一致。这个地方需要注意的是，首先是mov %edi, -0x4(rbp)，从前面的汇编代码可以看到%edi保存的是n变量的值，其次才执行mov %esi, -0x8(rbp)压栈m变量值，证明函数参数的传递顺序是从右往左。